專利名稱：一種大型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件真空加壓鑄造的裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一套用于在真空下澆注、充型并在壓力下結(jié)晶、凝固最終獲得大型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件的裝置及其工藝。
背景技術(shù)：
在航空航天、武器裝備、汽車、船舶等領(lǐng)域，大型復(fù)雜薄壁鑄件，尤其是大型復(fù)雜薄壁鋁合金艙體、箱體鑄件的需求和應(yīng)用正越來越廣泛。該類鑄件具有輪廓尺寸大(最大I. 5m左右)、薄壁(最薄2. 5mm左右)、內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、熱節(jié)眾多等不利于成形的特點(diǎn)，導(dǎo)致其鑄造難度大大高于普通鑄件，常常出現(xiàn)氣孔、夾雜多、薄壁部位澆不足、厚大熱節(jié)部位疏松嚴(yán)重等諸多缺陷難以解決。相反，由于應(yīng)用領(lǐng)域限制，對于該類鑄件的內(nèi)部質(zhì)量要求通常卻相當(dāng)高，大多屬于I類鑄件，尺寸精度高，主要部位真空度、疏松度等級均限制在II級以上。傳統(tǒng)的鑄造工藝經(jīng)驗證很難達(dá)到上述要求，而采用以石膏等耐火材料為鑄型的真空充型、加壓凝固鑄造工藝則可以極大消除傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)生的缺陷，順利鑄造出各種優(yōu)質(zhì)的大型復(fù)雜薄壁鑄件，工業(yè)潛力巨大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于真空下澆注、充型并在壓力下結(jié)晶、凝固最終獲得大型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件的裝置。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種上述裝置用于制備大型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件的鑄造工藝。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種用于真空下澆注、充型并在壓力下結(jié)晶、凝固最終獲得大型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件的裝置，其特征在于包括以下四個組成部分真空加壓鑄造工作艙、抽真空系統(tǒng)、空氣加壓系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)。真空加壓鑄造工作艙為高壓氣密封罐，采用立式布局，上部為氣缸驅(qū)動的可翻轉(zhuǎn)密封蓋和用于旋轉(zhuǎn)密封的鎖緊環(huán)，密封蓋上設(shè)壓力、真空度檢測裝置，艙內(nèi)設(shè)置有澆包和翻轉(zhuǎn)澆注驅(qū)動裝置、金屬液導(dǎo)流槽以及翻轉(zhuǎn)測溫裝置等，外部另設(shè)手動澆注機(jī)構(gòu)；抽真空系統(tǒng)由真空泵、真空儲備艙及管路系統(tǒng)構(gòu)成；空氣加壓系統(tǒng)由空壓機(jī)、冷干機(jī)、壓力儲備艙及電路、管路系統(tǒng)構(gòu)成；智能控制系統(tǒng)由PLC控制裝置、氣罐、安全警示燈及附屬管路系統(tǒng)組成，其中PLC控制裝置與其他設(shè)備相連，將真空度、壓力、溫度等數(shù)據(jù)逐一收集并精確顯示，最終實現(xiàn)對各設(shè)備的智能控制，保證真空加壓鑄造各階段的依次、連續(xù)、順利進(jìn)行。上述抽真空系統(tǒng)包括如下閥電磁閥a和電磁閥b，依次連接在真空儲備艙和真空加壓鑄造工作艙之間；電磁閥C，連接在真空泵與電磁閥a、電磁閥b連接段之間。上述空氣加壓系統(tǒng)包括如下閥電磁閥d和電磁閥e，依次連接在真空加壓鑄造工作艙和壓力儲備艙之間；電磁閥f，連接在冷干機(jī)與電磁閥d、電磁閥e連接段之間。上述真空加壓鑄造工作艙和壓力儲備艙分別設(shè)有安全閥g、安全閥i，壓力超標(biāo)時可自動卸壓至設(shè)定值來保證人身、設(shè)備的安全，真空加壓鑄造工作艙另設(shè)有卸壓閥h。上述智能控制系統(tǒng)包括如下閥電磁閥k，連接在氣罐和密封蓋、鎖緊環(huán)之間；單向閥j，連接在氣罐和壓力儲備艙之間，可實現(xiàn)壓力儲備艙到氣罐的單向連通。上述裝置對工作艙進(jìn)行抽真空的步驟包括(I)真空儲備開啟電磁閥a和C，關(guān)閉電磁閥b，啟動真空泵，對真空儲備艙抽真空，至所需真空度時停止；關(guān)閉閥a，真空儲備結(jié)束；(2)抽真空首先確保工作艙密封蓋、鎖緊環(huán)及閥C、g、h、d處于關(guān)閉狀態(tài)，打開閥a 和b開始抽真空，至工作艙內(nèi)達(dá)到所需真空度時停止。上述裝置對工作艙進(jìn)行加壓的步驟包括(I)壓力儲備開啟電磁閥e和f，關(guān)閉電磁閥d和j，啟動冷干機(jī)和空壓機(jī)，對壓力儲備艙進(jìn)行加壓，至所需壓力值時停止；關(guān)閉閥 e，壓力儲備結(jié)束；(2)加壓首先確保工作艙密封蓋、鎖緊環(huán)及閥e、g、h、b處于關(guān)閉狀態(tài)， 打開閥d和e開始加壓，至工作艙內(nèi)達(dá)到所需壓力值時停止；(3)卸壓加壓結(jié)束后打開泄壓閥h即可。其中，冷干機(jī)起到干燥、凈化壓縮空氣的作用。上述智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對上述抽真空、加壓設(shè)備及相關(guān)閥門的自動、同步開合操作，并在顯示面板上以數(shù)字、曲線、符號、指示燈等形式及時、準(zhǔn)確、生動的顯示各自所處的狀態(tài)。例如，在澆注、凝固階段，PLC控制裝置可以通過驅(qū)動伺服電機(jī)精確控制澆包翻轉(zhuǎn)的角速度，從而精確控制澆注速度和時間，而上述階段的主要工藝參數(shù)如鋁液溫度、真空度、澆注時間、壓力、保壓時間等均可通過顯示面板上的圖符精確顯示。上述澆包所在的翻轉(zhuǎn)裝置則與伺服電機(jī)連接，可通過PLC裝置啟動電機(jī)實現(xiàn)澆包翻轉(zhuǎn)，完成澆注。上述氣罐與壓力儲備艙通過單向閥連通，長期處于壓力飽和狀態(tài)。上述鎖緊環(huán)和密封蓋均設(shè)有氣缸驅(qū)動裝置，工作時，依靠氣罐提供的氣壓實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、開合。如遇停電等突發(fā)情況，利用氣罐內(nèi)的儲備壓力，借助手動操作，同樣可以完成澆注、密封蓋開啟和澆包、鑄型出艙等操作。本發(fā)明的另一個目的是這樣實現(xiàn)的，一種用于大型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件真空加壓鑄造的工藝，其特征在于包括以下步驟
第一步，熔煉鋁合金，精煉結(jié)束后控制鋁液溫度在澆注溫度以上5(T60°C待用；
第二步，通過PLC控制系統(tǒng)打開真空加壓鑄造工作艙的密封蓋，借助行車將焙燒結(jié)束的石膏鑄型吊入艙內(nèi)，同時調(diào)節(jié)導(dǎo)流槽位置，直至對準(zhǔn)鑄型澆口杯；
第三步，將所需量的鋁液轉(zhuǎn)移至澆包并吊入艙內(nèi)翻轉(zhuǎn)裝置上；
第四步，關(guān)閉并鎖緊密封蓋，啟動抽真空系統(tǒng)開始抽真空，直至真空度達(dá)到-O. 08 -O. 09MPa ；
第五步，通過工作艙內(nèi)置翻轉(zhuǎn)測溫裝置檢測鋁液溫度，待降至澆注溫度時，啟動伺服電機(jī)使?jié)舶凑找欢ń撬俣确D(zhuǎn)，澆注鋁液；
第六步，澆注結(jié)束立即啟動空氣壓縮系統(tǒng)，使工作艙內(nèi)壓力迅速達(dá)到O. 4^0. 5MPa，并保壓至鋁液全部凝固；
第七步，開啟卸壓閥，促使艙內(nèi)壓力降回大氣壓；
第八步，打開工作艙密封蓋，依次取出澆包、導(dǎo)流槽，吊出鑄型并清理。本發(fā)明具有如下有益效果
I、本發(fā)明裝置自動化程度高，主要操作步驟如開合艙蓋、抽真空、澆注、加壓凝固等均可通過PLC控制快速、精確完成，操作簡便；已進(jìn)行和即將進(jìn)行的階段步驟以及各階段的工藝參數(shù)如鋁液溫度、真空度、澆注時間、壓力、保壓時間等在顯示裝置上均予以生動顯示、一目了然，保證真空加壓鑄造各階段的依次、連續(xù)、順利進(jìn)行。設(shè)備安全系數(shù)高，通過警示燈、安全閥等的設(shè)置，可有效防止壓力過大等導(dǎo)致的不安全隱患，保證人身、設(shè)備安全；
通過氣罐以及相關(guān)手動操作裝置，可以防止工作時停電等突發(fā)事件造成的澆注、密封蓋開啟和澆包、鑄型出艙等動作無法完成。工作艙艙體壁、澆包壁均設(shè)先進(jìn)隔熱層，可實現(xiàn)鑄型型腔從焙燒結(jié)束到澆注開始降溫小于20°C，降溫速度約O. 7V /min，鋁液從熔煉結(jié)束到澆注開始降溫小于55°C，降溫速度小于2°C /min,良好的保溫效果可以較好滿足鑄件澆注、凝固所需的溫度條件，減少降溫過快而不得不提高熔煉溫度造成的氧化燒損，同時保證有充足的時間使艙內(nèi)真空度達(dá)到規(guī)定值。該裝置連續(xù)性強(qiáng)，工作效率高，避免過多的時間、物資損耗，推廣應(yīng)用價值較高，工業(yè)潛力巨大。2、本發(fā)明工藝下的鋁液在真空下澆注、充型可以防止卷氣、氧化等帶來的鑄件內(nèi)部針孔、氧化夾雜等缺陷的產(chǎn)生，同時真空下鋁液充型阻力大大減小，流動性改善明顯，充型能力大幅提高，有利于澆不足現(xiàn)象的發(fā)生；鋁液在壓力下結(jié)晶、凝固，可以提高鋁液的補(bǔ)縮能力，改善組織致密度，抑制溶解氣體的析出，最終獲得組織、力學(xué)性能均優(yōu)良的鑄件。對于大型薄壁復(fù)雜鋁合金鑄件來說，輪廓尺寸大導(dǎo)致鋁液流程過長，大面積薄壁結(jié)構(gòu)使得充型困難，熱節(jié)厚大且眾多則極易出現(xiàn)縮孔、縮松，傳統(tǒng)鑄造很難完成，而本工藝則可以徹底解決上述問題，獲得內(nèi)部質(zhì)量優(yōu)異的I類鑄件，解決困擾鑄造領(lǐng)域多年的難題， 服務(wù)于航空航天、汽車船舶以及國防相關(guān)領(lǐng)域。


圖I為本發(fā)明用于大型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件真空加壓鑄造的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例，本實施例以某大型復(fù)雜鋁合金殼體鑄件為應(yīng)用對象，具體輪廓尺寸高 1246mm,小端圓C>300mm，大端矩形500mmX455mm,主體壁厚2. 9mm,內(nèi)腔多凸臺、筋、隔板， 材料ZL114A。操作步驟見發(fā)明內(nèi)容，主要工藝參數(shù)如下鋁液熔煉出爐溫度77(T780°C ;鑄型出爐溫度29(T310°C;真空度-0. 08 -O. 09MPa ;澆注溫度71(T730°C;平均澆注速度約2 3kg/ s ;澆注時間約40 50s ;凝固壓力O. 4 O. 5MPa ;保壓時間20 25min。
權(quán)利要求
1.一種用于在真空下澆注、充型并在壓力下結(jié)晶、凝固最終獲得大型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件的裝置，其特征在于包括以下四個組成部分真空加壓鑄造工作艙、抽真空系統(tǒng)、空氣加壓系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)，其中真空加壓鑄造工作艙為高壓氣密封罐，采用立式布局，上部為氣缸驅(qū)動的可翻轉(zhuǎn)密封蓋和用于旋轉(zhuǎn)密封的鎖緊環(huán)，密封蓋上設(shè)壓力、真空度檢測裝置，艙內(nèi)設(shè)置有澆包和翻轉(zhuǎn)澆注驅(qū)動裝置、金屬液導(dǎo)流槽以及翻轉(zhuǎn)測溫裝置等，外部另設(shè)手動澆注機(jī)構(gòu)；抽真空系統(tǒng)由真空泵、真空儲備艙及管路系統(tǒng)構(gòu)成；空氣加壓系統(tǒng)由空壓機(jī)、冷干機(jī)、壓力儲備艙及電路、管路系統(tǒng)構(gòu)成；智能控制系統(tǒng)由PLC控制裝置、氣罐、安全警示燈及附屬管路系統(tǒng)組成，其中PLC控制裝置與其他設(shè)備相連，將真空度、壓力、溫度等數(shù)據(jù)逐一收集并精確顯示，最終實現(xiàn)對各設(shè)備的智能控制，保證真空加壓鑄造各階段的依次、連續(xù)、順利進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中抽真空系統(tǒng)包括如下閥電磁閥a和電磁閥b，依次連接在真空儲備艙和真空加壓鑄造工作艙之間；電磁閥C，連接在真空泵與電磁閥a、電磁閥b連接段之間；上述空氣加壓系統(tǒng)包括如下閥電磁閥d和電磁閥e，依次連接在真空加壓鑄造工作艙和壓力儲備艙之間；電磁閥f,連接在冷干機(jī)與電磁閥d、電磁閥e連接段之間；上述真空加壓鑄造工作艙和壓力儲備艙分別設(shè)有安全閥g、安全閥i，壓力超標(biāo)時可自動卸壓至設(shè)定值來保證人身、設(shè)備的安全，真空加壓鑄造工作艙另設(shè)有卸壓閥h ；上述智能控制系統(tǒng)包括如下閥電磁閥k，連接在氣罐和密封蓋、鎖緊環(huán)之間；單向閥j，連接在氣罐和壓力儲備艙之間，可實現(xiàn)壓力儲備艙到氣罐的單向連通。
3.如權(quán)利要求2的裝置，其中對工作艙抽真空的步驟包括真空儲備步驟開啟電磁閥a和C，關(guān)閉電磁閥b，啟動真空泵，對真空儲備艙抽真空，至所需真空度時停止；關(guān)閉閥a，真空儲備結(jié)束；抽真空步驟首先確保工作艙密封蓋、鎖緊環(huán)及閥c、g、h、d處于關(guān)閉狀態(tài)，打開閥a和 b開始抽真空,至工作艙內(nèi)達(dá)到所需真空度時停止。
4.如權(quán)利要求2的裝置，其中對工作艙進(jìn)行加壓的步驟包括壓力儲備步驟開啟電磁閥e和f，關(guān)閉電磁閥d和j，啟動冷干機(jī)和空壓機(jī)，對壓力儲備艙進(jìn)行加壓，至所需壓力值時停止；關(guān)閉閥e，壓力儲備結(jié)束；加壓步驟首先確保工作艙密封蓋、鎖緊環(huán)及閥e、g、h、b處于關(guān)閉狀態(tài)，打開閥d和e 開始加壓，至工作艙內(nèi)達(dá)到所需壓力值時停止；卸壓步驟加壓結(jié)束后打開泄壓閥h ；其中，冷干機(jī)起到干燥、凈化壓縮空氣的作用。
5.如權(quán)利要求2的裝置，其中上述智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對上述抽真空、加壓設(shè)備及相關(guān)閥門的自動、同步開合操作，并在顯示面板上顯示各自所處的狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述顯示采用數(shù)字、曲線、符號、指示燈的形式。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中上述澆包所在的翻轉(zhuǎn)裝置與伺服電機(jī)連接，通過PLC 裝置啟動電機(jī)實現(xiàn)澆包翻轉(zhuǎn)，完成澆注。
8.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中上述氣罐與壓力儲備艙通過單向閥連通，長期處于壓力飽和狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求I的裝置，其中上述鎖緊環(huán)和密封蓋均設(shè)有氣缸驅(qū)動裝置，工作時，依靠氣罐提供的氣壓實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、開合；如遇停電等突發(fā)情況，利用氣罐內(nèi)的儲備壓力，借助手動操作，同樣完成澆注、密封蓋開啟和澆包、鑄型的出艙等操作。
10.一種用于大型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件真空加壓鑄造的工藝，其特征在于包括以下步驟第一步，熔煉鋁合金，精煉結(jié)束后控制鋁液溫度在澆注溫度以上5(T60°C待用；第二步，通過PLC控制系統(tǒng)打開真空加壓鑄造工作艙的密封蓋，借助行車將焙燒結(jié)束的石膏鑄型吊入艙內(nèi)，同時調(diào)節(jié)導(dǎo)流槽位置，直至對準(zhǔn)鑄型澆口杯；第三步，將所需量的鋁液轉(zhuǎn)移至澆包并吊入艙內(nèi)翻轉(zhuǎn)裝置上；第四步，關(guān)閉并鎖緊密封蓋，啟動抽真空系統(tǒng)開始抽真空，直至真空度達(dá)到-O. 08 -O. 09MPa ；第五步，通過工作艙內(nèi)置翻轉(zhuǎn)測溫裝置檢測鋁液溫度，待降至澆注溫度時，啟動伺服電機(jī)使?jié)舶凑找欢ń撬俣确D(zhuǎn)，澆注鋁液；第六步，澆注結(jié)束立即啟動空氣壓縮系統(tǒng)，使工作艙內(nèi)壓力迅速達(dá)到O. 4^0. 5MPa，并保壓至鋁液全部凝固；第七步，開啟卸壓閥，促使艙內(nèi)壓力降回大氣壓；第八步，打開工作艙密封蓋，依次取出澆包、導(dǎo)流槽，吊出鑄型并清理。
全文摘要
用于真空下澆注、充型并在壓力下結(jié)晶、凝固最終獲得大型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件的裝置包括真空加壓鑄造工作艙、抽真空系統(tǒng)、空氣加壓系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)。真空加壓鑄造工作艙為高壓氣密封罐，采用立式布局，上部為氣缸驅(qū)動的可翻轉(zhuǎn)密封蓋和用于旋轉(zhuǎn)密封的鎖緊環(huán)，密封蓋上設(shè)壓力、真空度檢測裝置，艙內(nèi)設(shè)置有澆包和翻轉(zhuǎn)澆注驅(qū)動裝置、金屬液導(dǎo)流槽以及翻轉(zhuǎn)測溫裝置等，外部另設(shè)手動澆注機(jī)構(gòu)；抽真空系統(tǒng)由真空泵、真空儲備艙及管路系統(tǒng)構(gòu)成；空氣加壓系統(tǒng)由空壓機(jī)、冷干機(jī)、壓力儲備艙及電路、管路系統(tǒng)構(gòu)成；智能控制系統(tǒng)由PLC控制裝置、氣罐、安全警示燈及附屬管路系統(tǒng)組成，其中PLC控制裝置與各設(shè)備相連，將真空度、壓力、溫度等數(shù)據(jù)全部收集并顯示，實現(xiàn)對各設(shè)備的智能控制，保證真空加壓鑄造各階段的依次、連續(xù)、順利進(jìn)行。
文檔編號B22D18/00GK102581255SQ201210064048
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者孫昌建, 蘇志權(quán), 趙祖德, 趙高瞻, 鄧天泉, 陳強(qiáng), 陶健全 申請人:中國兵器工業(yè)第五九研究所